4. Классификация моделей хтс

Обобщенные: 1.Операц.-описат. модели – словесное описание процесса функционирования системы. В нем приводятся основные химические реакции (химическая схема процесса), даётся описание процессов, происходящих в аппаратах системы, приводятся сведения о составе сырья, значениях параметров технологического режима и т.д2.Иконографич. модели– графич. изображ-е, чертеж.

• Функциональная (принципиальная) схема предполагает перечисление операций, осуществляемых на данном производстве. Она дает общее представление о функционировании ХТС и служит предпосылкой для аппаратурного оформления и более детальной разработки ХТС

• Технологическая схема показывает элементы системы, порядок их соединения и последовательность технологических операций. В технологической схеме каждый элемент (аппарат) имеет общепринятое изображение, соответствующее его внешнему виду. На технологической схеме кратко могут быть приведены данные о параметрах процесса.

• Операторная схема даёт наглядное представление о физико-химической сущности технологических процессов системы. Для этого каждый элемент ХТС изображают в виде типового технологического оператора, характеризующего изменение физических параметров потоков в каждом элементе ХТС.

• Структурная схема ХТС дает изображение всех элементов в виде блоков с указанием и обозначением всех входных и выходных потоков и технологических связей между блоками (элементами ХТС). Структурные схемы используются для анализа и последующего расчета материальных и энергетических балансов ХТС.

Математические: 1.Символ.-ая модель – совокуп-ть матем. соотношений – формулы, уравнения, нерав-ва . Эти соотношения позволяют определить физические параметры состояния технологических потоков на выходе системы в зависимости от факторов, воздействующих на систему: параметров входных технологических потоков (Х), параметров окружающей среды (V), технологических (D), и конструкционных (К) параметров элементов системы

2. Иконографические математические модели – наглядное графическое отображение таких качественных свойств технологической структуры ХТС, по которым можно определить количественные характеристики системы.

• Топологические модели представляют в виде графов. Граф – это фигура или конфигурация, образованная совокупностью некоторых точек (вершин или узлов), соединенных отрезками прямых, ломаных или кривых линий. Линии могут иметь направление (тогда они называются дугами) или не иметь его (рёбра).

• Структурная блок-схема – это иконографическая математическая модель, соответствующая определённой символической математической модели. На структурной блок-схеме каждая операция изображается в виде блока.

• Сетевые модели – это иконографические модели, отображающие организационные процессы проектирования, эксплуатации и проектирования ХТС)

5. Сырьевая база химических производств

Сырье, применяемое в химико-технологических процессах, должно удовлетворять ряду требований, в частности, обеспечивать:

• Минимальное число стадий переработки в конечный продукт

• Минимальные энергетические и материальные затраты на подготовку сырья к химическому превращению и в целом на осуществление процесса

• Минимальное рассеяние исходной энергии

• Возможно более низкий уровень температуры, давления, расхода энергии на изменение агрегатного состояния реагирующих веществ

• Максимальную концентрацию целевого продукта в реакционной смеси

В зависимости от свойств и состава выделяют три основные группы отходов предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности:

• Близкие к исходному сырью

• Близкие к целевым продуктам

• Близкие к сырью других производств или отраслей.

При обогащении твердого сырья используются физические, химические и физико-химические методы.

Физические методы обогащения. Это методы:гравитационный, основанный на разной скорости оседания частиц различной плотности и размеров в потоке газов или жидкости либо в поле центробежной силы; электромагнитный, основанный на различной магнитной проницаемости компонентов сырья; электростатический, основанный на различной электрической проводимости компонентов сырья; термический, основанный на разности плавкости компонентов сырья.

Гравитационное обогащение используется для разделения минералов, содержащих в своем составе компоненты, значительно отличающиеся по прочности и плотности. Гравитационное делится мокрое и сухое.

Электромагнитное обогащение используется для отделения магнитно-восприимчивых материалов от немагнитных.

Термическое обогащение основано на различных температурах плавления компонентов и применяется для выделения полезного продукта из породы.

Химические методы обогащения.Основано на взаимодействии химических реагентов с полезным продуктом в породе с последующим выделением образовавшихся соединений осаждением, испарением, плавлением и т.д.

Физико-химические методы обогащения твердого сырья. Относится флотация – метод обогащения твердого сырья, основанный на различии в смачиваемости его компонентов. смачиваемость твердого тела определяется адгезией(?) жидкости к его поверхности.

Основными направлениями рационального использования химического сырья являются:

• Применение более дешевого сырья

• Использование менее концентрированного сырья

• Рекуперация отходов

• Замена пищевого сырья не непищевое

• Регенерация сырья

• Комплексная переработка сырья

Комплексное использование сырья позволяет свести к минимуму технические потери сырья и полностью использовать отходы производства. Это позволяет расширить сырьевую базу, увеличить объем производимой продукции, снизить затраты сырья и энергии, а также в значительной степени уменьшить загрязнение окружающей среды промышленными выбросами.

Методы подготовки сырьязависят от его агрегатного состояния:

Если сырье твердое, то в комплекс операций по подготовке сырья входят: классификация, измельчение (или укрупнение), обезвоживание (или сушка) и обогащение

Если сырье жидкое,то твердые примеси удаляют фильтрованием, циклонированием, центрифугированием и отстаиванием. Газообразные примеси удаляют интенсивным механическим перемешиванием или нагревом.

Газообразное сырьеочищают от жидких и твердых примесей, используя аналогичные методы очистки жидкого сырья от твердых примесей, а также под действием электростатических сил.

Классификация − процесс разделения однородных сыпучих материалов на фракции (классы) по размерам составляющих их частиц.

Разделение материалов осуществляется: грохочением, гидравлической и воздушной классификацией.

Измельчением называется механический процесс деления твердого тела на части за счет приложения внешних сил. Измельчение до частиц 10^-3м – дробление, до частиц размером от 10^-3до10^-6м – размолом и осуществляется в мельницах.

Мерой измельчения является степень измельчения, определяемая как:

где Dн иDк – средние размеры частиц до и после измельчения соответственно.

Обогащение жидкого сырья

Жидкие растворы различных веществ концентрируют упариванием растворителя, вымораживанием, выделением примесей в осадок (кристаллизация) или в газовую фазу (десорбция). Для разделения жидких смесей применяется также жидкостная экстракция.

Обогащение газообразного сырья

Газовые смеси разделяются на отдельные компоненты следующими способами:

1) последовательной конденсацией газов при сжатии и понижении температуры, т. е. переводят их в жидкое состояние при постепенном понижении температуры и сжатии;

2) последовательным испарением газов из предварительно сжиженной их смеси;

3) абсорбционно-десорбционным;

4) адсорбционно-десорбционным методом.

Производительность – это количество выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени

где П – производительность; В – количество продукта; τ – время

измеряется в килограммах в час (кг⋅ч^-1), тоннах в сутки (т⋅сут^-1) или кубических метрах в сутки (м³⋅сут^-1)

Интенсивностью процесса (И) называется производительность аппарата, отнесенная к характерному размеру рабочей части аппарата. Обычно за характерный размер принимают реакционный объем V или площади сеченияSаппарата:

где V – объем аппарата (реактора), S – площадь сечения аппарата

Единицы измерения (И): (кг⋅ч^-1⋅м^-3) или (т⋅сут^-1⋅м^-2) и т.д.

Расходный коэффициент (РК) − расход сырья, воды, энергии и различных реагентов на производство единицы целевого продукта:

где Q – расход сырья, реагента, энергии и др.

Единицы измерения (РК): (т⋅т^-1), (м³⋅т^-1), (кВт⋅ч⋅т^-1) и т.п.

Выход продукта – это отношение количества полученного целевого продукта к теоретически возможному

A → R

где Ф_R– выход целевого продукта; N_R- количество продукта R в конце процесса; N_R,_max– максимально возможное количество продуктаR

Степень превращения – это отношение количества реагента, вступившего в реакцию, к его исходному количеству. Для реакции типаA → R

где X_A– степень превращения реагента А; N_A,₀, N_A– количество исходного реагента А в начале и в конце процесса соответственно.

Селективностью называется отношение количества целевого продукта к общему количеству получаемых продуктов

где φ_R– селективность; N_R, N_S– количество продукта R и S.